اخبار و اعلانات

 آمار

تعداد نشریات284
تعداد نشریات سازمان82
تعداد شماره‌ها3,077
تعداد مقالات34,309
تعداد مشاهده مقاله47,308,735
تعداد دریافت فایل اصل مقاله78,270,985
دورانی, ابراهیم, همتی اصل, ساناز. (1404). اثر محیط کشت پایه و محرکهای غیرزنده بر تولید زیست توده و محتوای آنتراکینون ریشه مویین در روناس (Rubia tinctorum L.). سامانه مدیریت نشریات علمی, 41(3), 443-456. doi: 10.22092/ijmapr.2024.363712.3385
ابراهیم دورانی; ساناز همتی اصل. "اثر محیط کشت پایه و محرکهای غیرزنده بر تولید زیست توده و محتوای آنتراکینون ریشه مویین در روناس (Rubia tinctorum L.)". سامانه مدیریت نشریات علمی, 41, 3, 1404, 443-456. doi: 10.22092/ijmapr.2024.363712.3385
دورانی, ابراهیم, همتی اصل, ساناز. (1404). 'اثر محیط کشت پایه و محرکهای غیرزنده بر تولید زیست توده و محتوای آنتراکینون ریشه مویین در روناس (Rubia tinctorum L.)', سامانه مدیریت نشریات علمی, 41(3), pp. 443-456. doi: 10.22092/ijmapr.2024.363712.3385
دورانی, ابراهیم, همتی اصل, ساناز. اثر محیط کشت پایه و محرکهای غیرزنده بر تولید زیست توده و محتوای آنتراکینون ریشه مویین در روناس (Rubia tinctorum L.). سامانه مدیریت نشریات علمی, 1404; 41(3): 443-456. doi: 10.22092/ijmapr.2024.363712.3385

اثر محیط کشت پایه و محرکهای غیرزنده بر تولید زیست توده و محتوای آنتراکینون ریشه مویین در روناس (Rubia tinctorum L.)

تحقیقات گیاهان دارویی و معطر ایران
مقاله 6، دوره 41، شماره 3 - شماره پیاپی 125، مهر 1404، صفحه 443-456    اصل مقاله (897.17 K)
نوع مقاله: مقاله پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijmapr.2024.363712.3385
نویسندگان
ابراهیم دورانی* 1؛ ساناز همتی اصل2
1دانشگاه تبریز
2گروه بیوتکنولوژی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
چکیده
سابقه و هدف: آنتراکینون‌ها از متابولیت‌های ثانویه گیاهی هستند که نقش مهمی در درمان برخی از بیماری‌ها ازجمله هپاتیت و سرطان دارند. آنتراکینون‌ها نه تنها در منسوجات و مواد غذایی بلکه به دلیل وجود بالای آنتی‌اکسیدان، در ساخت وسایل آرایشی، صنعت عطرسازی و صنعت داروسازی استفاده می‌شوند. کشت درون شیشه‌ای گیاهان یک روش جایگزین مناسب و عاری از عوامل محیطی را برای تولید ترکیبات دارویی در یک شرایط کنترل شده فراهم کرده است. سیستم کشت ریشه مویین مبتنی بر تلقیح با آگروباکتریوم رایزوژنز در دو دهه گذشته به عنوان روش مؤثر برای تولید متابولیت‌های ثانویه در ریشه‌های گیاهی مانند جینسینگ تبدیل شده است. یکی از مزیت‌های تولید این ترکیبات در شرایط درون شیشه‌ای، امکان افزایش تولید آنها با بکارگیری ترکیبات غذایی مؤثر و القای فرایند تولید و بیوسنتز مواد ثانویه با محرک‌های مختلف زیستی و غیر زیستی می‌باشد. هدف از این تحقیق، مطالعه اثر غلظت نمکی محیط کشت و غلظت ساکارز در افزایش تولید زیست‌توده ریشه مویین و مطالعه اثر محرک‌های مختلف غیرزیستی در افزایش تولید آنتراکینون در ریشه مویین روناس بود.
مواد و روش‌ها: برای این منظور، در آزمایش اول پس از القای ریشه مویین ابتدا اثر ساکارز (30، 45 و 60 گرم در لیتر) در ترکیب با محیط‌های پایه MS2/1 و MS در افزایش زیست‌توده ریشه مویین در قالب آزمایش فاکتوریل با طرح پایه کاملاً تصادفی با 4 تکرار مطالعه شد. در آزمایش دوم، اثر محرک‌های مختلف در دو سطح و سه تکرار با غلظت‌های مختلف،دی‌اکسید تیتانیوم (50 و 100 میلی‌گرم در لیتر)، کیتوزان (100 و 150 میلی‌گرم در لیتر)، نیترات نقره (50 و 100 میلی‌گرم در لیتر)، پرولین (250 و 500 میلی‌گرم در لیتر)، ‌اسید جیبرلیک (1 و 2 میلی‌گرم در لیتر) و نفتالین‌استیک‌اسید (1 و 2 میلی‌گرم در لیتر) در افزایش آنتراکینون (آلیزارین) مورد بررسی قرار‌گرفتند.
نتایج: در آزمایش اول محیط 1/2MS شامل 45 ‌گرم بر لیتر ساکارز بالاترین افزایش زیست توده را داشت و محیط‌های پایه MS حاوی 45 و 60 گرم در لیتر ساکارز، MS حاوی 30 گرم در لیتر ساکارز و 1/2MS حاوی 60 گرم در لیتر ساکارز در رتبه‌های بعدی تولید زیست توده ریشه بودند. بهترین محیط در تولید زیست توده از این آزمایش انتخاب شد و برای آزمایش بعدی مورد استفاده قرار گرفت، به‌طوری‌که در این آزمایش اثر محرک‌های مختلف به مدت 2 روز در افزایش ماده ثانویه (آلیزارین) مورد بررسی قرار‌گرفتند. نتایج نشان داد که انباشت ماده ثانویه در محیط حاوی 250 میلی‌گرم در لیتر پرولین افزایش چشمگیری نسبت به بقیه محرک‌ها داشت و محرک‌های 50 میلی‌گرم در لیتر نیترات نقره و 2 میلی‌گرم در لیتر اسید جیبرلیک، به ترتیب در رده‌های بعدی قرار داشتند. محتوای متابولیت ثانویه در دو سطوح مختلف نفتالین استیک اسید تفاوت قابل توجهی نسبت به شاهد نداشت.
نتیجه گیری: به طور کلی این مطالعه نشان داد که بیشترین تولید زیست توده ریشه در محیط کشت 1/2MS حاوی 45 گرم در لیتر ساکارز به دست آمد، در حالی که بالاترین میزان آنتراکینون در حضور پرولین حاصل شد. 
کلیدواژه‌ها
روناس (Rubia tinctorum L.)؛ آنتراکینون؛ محرک؛ ریشه مویین؛ متابولیت ثانویه
عنوان مقاله [English]
Effects of basal culture medium and non-living elicitors on biomass production and anthraquinone content of hairy roots in Runas (Rubia tinctorum L.)
نویسندگان [English]
ebrahim dorani1؛ sanaz hemmati asl2
1tabriz university
2biotechnology, university of tabriz, tabriz,iran
چکیده [English]
    Background and objectives: Anthraquinones are secondary plant metabolites that play a significant role in the treatment of certain diseases, such as hepatitis and cancer. Anthraquinones are utilized not only in textiles and food production but also in the cosmetics, perfume, and pharmaceutical industries due to their high antioxidant levels. In vitro culture of plants has provided a suitable alternative method for producing medicinal compounds under controlled conditions, not affected by environmental factors. The hairy root culture system, based on inoculation with Agrobacterium rhizogenes, has become an influential approach for producing secondary metabolites in plant roots, such as ginseng, over the last two decades. One of the advantages of in vitro production of these compounds is the possibility of increasing their yield through the use of influential nutrient elements, as well as inducing the production process and biosynthesis of secondary substances with various biological and non-biological elicitors. The objective of this research was to investigate the effect of salt concentration in the culture medium and sucrose levels on increasing hairy root biomass, and to examine the influence of different abiotic elicitors on enhancing anthraquinone production in madder hairy roots.
Methodology: For this purpose, in the first experiment, after inducing hairy roots, the effect of sucrose concentration (30, 45, and 60 g/L) in combination with basal medium salt strength (1/2 MS and MS) on root biomass enhancement was studied in a factorial experiment with a completely randomized design and four replications. In the second experiment, the effects of different elicitors, including titanium dioxide (50 and 100 mg/L), chitosan (100 and 150 mg/L), silver nitrate (50 and 100 mg/L), proline (250 and 500 mg/L), gibberellic acid (1 and 2 mg/L), and naphthalene acetic acid (1 and 2 mg/L), were investigated for their role in increasing anthraquinone (alizarin) production in hairy roots.
Results: In the first experiment, the 1/2 MS medium containing 45 g/L sucrose produced the highest biomass, followed by MS containing 45 and 60 g/L sucrose, MS with 30 g/L sucrose, and 1/2 MS containing 60 g/L sucrose. The best medium for biomass production from this experiment was selected for the subsequent experiment, in which the effect of different elicitor treatments for two days on the accumulation of the secondary metabolite (alizarin) was assessed. The results showed that the accumulation of the secondary metabolite in the medium containing 250 mg/L of proline exhibited a significant increase compared to other elicitors, followed by 50 mg/L of silver nitrate and 2 mg/L of gibberellic acid, respectively. The secondary metabolite content in media supplemented with two different levels of naphthalene acetic acid did not differ significantly from that of the control.
Conclusion: Overall, this study demonstrated that the optimal root biomass production was achieved in 1/2 MS culture medium containing 45 g/L of sucrose, while the highest anthraquinone content was obtained in the presence of proline.
 
کلیدواژه‌ها [English]
Rubia tinctorum L, anthraquinone, elicitor, hairy root, secondary metabolite
مراجع
  • Abeed, H., Ali, M., Ali, E.F., Majrashi, A. and Eissa, M.A., 2021. Induction of Catharanthus roseus secondary metabolites when Calotropis procera was used as a bio-stimulant. Plants, 10(8): 1623.‏https://doi.org/10.3390/plants10081623
  • Ahmed, S. and Baig, M., 2014. Biotic elicitor enhanced production of psoralen in suspension cultures of Psoralea corylifolia Saudi Journal of Biological Sciences, 21(5): 499-504. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2013.12.008
  • Biçer, P.O., Demirci, T., Aşcı, O.A. and Baydar, N.G., 2017. Effects of methyl jasmonate and caffeic acid applications on secondary metabolite production in madder (Rubia tinctorum) root cultures. Indian Journal of Pharmaceutical Education and Research, 51(3): S508-S512.
  • Cui, H., Murthy, H.N., Wu, C.H. and Paek, K.Y., 2010. Sucrose-induced osmotic stress affects biomass, metabolite, and antioxidant levels in root suspension cultures of Hypericum perforatum L. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 103(1): 7-14. http://doi.org/10.1007/s11240-010-9747-z
  • Delaunois, B., Farace, G., Jeandet, P., Clément, C., Baillieul, F., Dorey, S. and Cordelier, S., 2013. Elicitors as alternative strategy to pesticides in grapevine? Current knowledge on their mode of action from controlled conditions to vineyard. Environmental Science and Pollution Research, 21(7): 4837-4846. http://dx.doi.org/10.1007/s11356-013-1841-4
  • Dellaporta, S.L., Wood, J. and Hicks, J.B., 1983. A plant DNA minipreparation: version II. Plant Molecular Biology Reporter, 1: 19-21. https://doi.org/10.1007/BF02712670
  • Derksen, G. and Van Beek, T., 2002. Rubia tinctorum Studies in Natural Products Chemistry, 26: 629-684. https://doi.org/10.1016/S1572-5995(02)80016-3
  • Dorani, E., Honarmand, O. and Valizadeh, M., 2023. Effects of explant type and Agrobacterium rhizogenes strains on hairy root induction and alizarin production in madder (Rubia tinctorum Ardakan). Iranian Journal of Genetics and Plant Breeding, 12(2):1-9. https://doi.org/10.30479/ijgpb.2023.19535.1361
  • Funk, C. and Brodelius, P., 1992. Phenylpropanoid metabolism in suspension cultures of Vanilla planifolia IV. Induction of vanillic acid formation. Plant Physiology, 99(1): 256-262. http://dx.doi.org/10.1104/pp.99.1.256
  • Gangopadhyay, M., Sircar, D., Mitra, A. and Bhattacharya, S., 2008. Hairy root culture of Plumbago indica as a potential source for plumbagin. Biologia Plantarum, 52(3): 533-537. http://dx.doi.org/10.1007/s10535-008-0104-6
  • Jung, K., Kwak, S., Kim, S., Lee, H., Choi, C. and Liu, J., 1992. Improvement of the catharanthine productivity in hairy root cultures of Catharanthus roseus by using monosaccharides as a carbon source. Biotechnology Letters, 14(8): 695-700. https://doi.org/10.1007/bf01021645
  • Kahila, M., Najy, A., Rahaie, M. and Mir-Derikvand, M., 2018. Effect of nanoparticle treatment on expression of a key gene involved in thymoquinone biosynthetic pathway in Nigella sativa L. Natural Product Research, 32(15): 1858-1862. https://doi.org/10.1080/14786419.2017.1405398
  • Karataş, İ., 2023. Optimization of sucrose concentration to promote root proliferation and secondary metabolite accumulation in adventitious root cultures of Ocimum basilicum. In Vitro Cellular and Developmental Biology-Plant, 59(3): 1-13. http://dx.doi.org/10.1007/s11627-023-10341-9
  • Karuppusamy, S., 2009. A review on trends in the production of secondary metabolites from higher plants by in vitro tissue, organ, and cell cultures. Journal of Medicinal Plants Research, 3(13): 1222-1239. https://doi.org/10.5897/JMPR.9000026
  • Komaraiah, P., Kishor, P., Carlsson, M., Magnusson, K. and Mandenius, C., 2005. Enhancement of anthraquinone accumulation in Morinda citrifolia suspension cultures. Plant Science, 168(5): 1337-1344. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2005.01.017
  • Lee, H., Jin, J.H., Kim, J. and Chung, I., 1999. Effect of chitosan elicitation and media components on the production of anthraquinone colorants in madder (Rubia akane Nakai) cell culture. Biotechnology and Bioprocess Engineering, 4: 300-304. https://doi.org/10.1007/bf02933757
  • Lee, S., Kim, S., Song, W., Kim, Y., Park, N. and Park, S., 2010. Influence of different strains of Agrobacterium rhizogenes on hairy root induction and production of alizarin and purpurin in Rubia akane Romanian Biotechnological Letters, 15(4): 5405-5409. https://rombio.unibuc.ro/wp-content/uploads/2022/05/15-4-6.pdf
  • Mishra, B.N. and Ranjan, R., 2008. Growth of hairy‐root cultures in various bioreactors for the production of secondary metabolites. Biotechnology and Applied Biochemistry, 49(1): 1-10.‏ http://dx.doi.org/10.1042/BA20070103
  • Murashige, T. and Skoog, F., 1962. A revised medium for rapid growth and bio assays with Tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum, 15(3): 473-497. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x
  • Oliveira, M., Negri, G., Salatino, A. and Braga, M., 2007. Detection of anthraquinones and identification of 1, 4-naphthohydroquinone in cell suspension cultures of Rudgea jasminoides (Cham.) Müll. Arg.(Rubiaceae). Brazilian Journal of Botany, 30(1): 167-172. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-84042007000100017
  • Perassolo, M., Busto, V.D., Minoia, J.M., Cerezo, J., Smith, M.E., Martínez, C.A. and Cardillo, A.B., 2022. Production of anthraquinones by in vitro culture of plant cells and hairy roots from Rubia tinctorum: Model for the teaching of bioprocesses in courses of plant tissue culture.‏ Revista Mexicana de Ingeniería Química, 21(1): 1-11. https://doi.org/10.24275/rmiq/bio2713
  • Perassolo, M., Cardillo, A.B., Busto, V.D., Rivière, S., Cerezo, J., Giulietti, A.M. and Rodríguez Talou, J., 2020. Elicitation as an essential strategy for enhancing anthraquinone accumulation in hairy root cultures of Rubia tinctorum: 133-152. Srivastava, V., Mehrotra, S. and Mishra, S., (Eds.). Hairy Root Cultures Based Applications: Methods and Protocols. Springer Singapore, 237p.‏ http://dx.doi.org/10.1007/978-981-15-4055-4_10
  • Pirian, K., Piri, K. and Ghiyasvand, T., 2012. Hairy roots induction from Portulaca oleracea using Agrobacterium rhizogenes to Noradrenaline’s production. International Research Journal of Applied and Basic Sciences, 3(3): 642-649.
  • Pitta-Alvarez, S.I., Spollansky, T.C. and Giulietti, A.M., 2000. The influence of different biotic and abiotic elicitors on the production and profile of tropane alkaloids in hairy root cultures of Brugmansia candida. Enzyme and Microbial Technology, 26: 252-258.
  • Praveen, N. and Murthy, H., 2012. Synthesis of withanolide A depends on the carbon source and medium pH in hairy root cultures of Withania somnifera. Industrial Crops and Products, 35(1): 241-243. http://dx.doi.org/10.1016/j.indcrop.2011.07.009
  • Roychowdhury, D., Halder, M. and Jha, S., 2017. Agrobacterium rhizogenes-mediated transformation in medicinal plants: Genetic stability in long-term culture: 323-345. Jha, S. (Ed.). Transgenesis and Secondary Metabolism. ‏Springer Cham, 649p. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-28669-3_8
  • Santis, D. and Moresi, M., 2007. Production of alizarin extracts from Rubia tinctorum and assessment of their dyeing properties. Industrial Crops and Products, 26(2): 151-162. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2007.02.002
  • Shahzad, A., Sharma, S. and Siddiqui, S., 2015. Biotechnological Strategies for the Conservation of Medicinal and Ornamental Climbers. Springer, 506p. http://doi.org/10.1007/978-3-319-19288-8
  • Silva-Santos, L., Neto, L.P., Corte-Real, N., Sperandio, M.V.L., Camara, C.A.G., Moraes, M.M. and Ulisses, C., 2023. Elicitation with methyl jasmonate and salicylic acid increases essential oil production and modulates physiological parameters in Lippia alba (Mill) NE Brown (Verbenaceae). Journal of Plant Growth Regulation, 42: 5909-5927. http://dx.doi.org/10.1007/s00344-023-10976-3
  • Singh, G., 1999. Elicitation-manipulating and enhancing secondary metabolite production: 101-111. In: Fu, T.J., Singh, G. and Curtis, W.R., (Eds.). Plant Cell and Tissue Culture for the Production of Food Ingredients. Springer, Boston, MA, 290p. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-1-4615-4753-2_9
  • Singh, R. and Chauhan, S.M.S., 2004. 9,10‐Anthraquinones and other biologically active comounds from the genus Rubia. Chemistry and Biodiversity, 1(9): 1241-1264. https://doi.org/10.1002/cbdv.200490088
  • Sivanandhan, G., Arun, M., Mayavan, S., Rajesh, M., Mariashibu, T., Manickavasagam, M. and Ganapathi, A., 2012. Chitosan enhances withanolides production in adventitious root cultures of Withania somnifera (L.) Dunal. Industrial Crops and Products, 37(1): 124-129. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2011.11.022
  • Sivanandhan, G., Dev, G., Jeyaraj, M., Rajesh, M., Muthuselvam, M., Selvaraj, N. and Ganapathi, A., 2013. A promising approach to biomass accumulation and withanolides production in cell suspension culture of Withania somnifera (L.) Dunal. Protoplasma, 250(4): 885-898. https://doi.org/10.1007/s00709-012-0471-x
  • Thiruvengadam, M., Praveen, N., Kim, E., Kim, S. and Chung, I., 2014. Production of anthraquinones, phenolic compounds, and biological activities from hairy root cultures of Polygonum multiflorum Protoplasma, 251(3): 555-566. https://doi.org/10.1007/s00709-013-0554-3
  • Vaedi, Z., Rahpeyma, S.A. and Zolala, J., 2020. Optimizing hairy root culture media using salts and vitamin modifications in Corylus avellana Journal of Nuts, 11(4): 327-338. https://doi.org/10.22034/jon.2021.1917392.1100
  • Vanisree, M., Lee, C., Lo, S., Nalawade, S., Lin, C. and Tsay, H., 2004. Studies on the production of some important secondary metabolites from medicinal plants by plant tissue cultures. Botanical Bulletin of Academia Sinica, 45(1): 1-22. https://ejournal.sinica.edu.tw/bbas/content/2004/1/bot451-01.pdf
  • Vijaya Sree, N., Udayasri, P., Aswani kumar, Y., Ravi Babu, B., Phani kumar, Y. and Vijay Varma, M., 2010. Advancements in the production of secondary metabolites. Journal of Natural Products, 3: 112-123.‏ https://scispace.com/pdf/advancements-in-the-production-of-secondary-metabolites-30ghvszjq3.pdf
  • Vergara-Martínez, V.M., Estrada-Soto, S.E., Valencia-Díaz, S., Garcia-Sosa, K., Peña-Rodríguez, L.M., de Jesús Arellano-García, J. and Perea-Arango, I., 2021. Methyl jasmonate enhances ursolic, oleanolic, and rosmarinic acid production and sucrose-induced biomass accumulation in hairy roots of Lepechinia caulescens. PeerJ Journals, 9: 1-18.‏ http://doi.org/10.7717/peerj.11279
  • Wiktorowska, E., Długosz, M. and Janiszowska, W., 2010. Significant enhancement of oleanolic acid accumulation by biotic elicitors in cell suspension cultures of Calendula officinalis Enzyme and Microbial Technology, 46(1): 14-20. http://dx.doi.org/10.1016/j.enzmictec.2009.09.002

Zhang, X., Li, C. and Nan, Z., 2011. Effects of salt and drought stress on alkaloid production in endophyte-infected drunken horse grass (Achnatherum inebrians). Biochemical Systematics and Ecology, 39(4-6): 471-476. http://dx.doi.org/10.1016/j.bse.2011.06.016

آمار
تعداد مشاهده مقاله: 89
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 47


counter
سامانه مدیریت نشریات علمی. طراحی و پیاده سازی از سیناوب